深部煤岩单体及组合体的破坏机制与力学特性研究
深部煤岩冲击力学试验研究
深部煤岩冲击力学试验研究作者：白志强来源：《科技风》2018年第30期摘要：为获得煤矿深部煤层和岩层的冲击情况，对煤层和岩层的冲击力学参数进行了试验研究。
结果表明：煤层的冲击力学参数中弹性能量指数、单轴抗压强度为强，动态破坏时间、冲击能量指数为弱，则可由煤层的冲击力学参数认为其具有强冲击性。
顶板岩层的弯曲能量指数小于120kJ，大于15kJ，即顶板岩样具有弱冲击倾向性。
底板岩样的弯曲能量指数小于15kJ，为Ⅰ类，即底板岩样具有无冲击倾向性。
关键词：冲击；煤层；动态破坏时间1 地质条件煤层煤岩类型为半暗型～半亮型，条带状结构，阶梯状断口，硬度中等，煤质较好。
该煤层为复合结构煤层，分为槽上和槽下，槽上煤层厚度在0.59～4.26m，平均厚度2.54m；槽下煤层厚度厚度在0.91～2.81m，平均厚度1.49m；槽上与槽下煤层层间距在0.20～3.17m之间，平均间距0.60m。
槽煤层位于轴部构造部位，该区煤岩层总体走向70°～110°，倾向340°～20°，倾角10°～24°，平均倾角19°。
受地质构造带的影响，百草台倒转向斜两轴附近煤层和岩层的产状以及煤层厚度变化较大，节理、裂隙发育。
槽直接顶为粉砂岩，老顶为中、细砂岩，直接底为粉砂岩。
2 煤层冲击倾向性测试利用TAW2000型电液伺服试验机及其配套的高速计算机数据采集处理系统、引伸计、载荷和位移传感器等装置，对煤的动态破坏时间、弹性能量指数、冲击能量指数、单轴抗压强度进行了测试。
1）煤动态破坏时间。
煤样的动态破坏时间试验结果表明，煤样动态破坏时间最大值为491ms，最小值为222ms，平均值为402ms，小于500ms，大于50ms，根据《煤的冲击倾向性分类及指数的测定方法》，煤样的冲击倾向性为Ⅱ类，即具有弱冲击倾向性。
2）煤弹性能量指数。
煤样的弹性能量指数试验结果可以看出，煤样弹性能量指数最大值为6.434，最小值为4.354，平均值为5.332，大于5，根据《煤的冲击倾向性分类及指数的测定方法》，认为煤样的冲击倾向性为Ⅲ类，即具有强冲击倾向性。
深部煤岩体高温高压下的力学性质理论研究
深部煤岩体高温高压下的力学性质理论研究国内近年来随着埋藏在中、浅部煤炭资源的不断减少，以及机械化水平的提高，人们逐渐把目光转移到深部煤炭资源。
我国东部和中西部的一些大型国有矿井相继进入深部开采阶段，如大同、平顶山、阳泉等煤矿，未来几年内将不断有更多的˚大型煤矿进入800m以上的深部开采。
在深部开采中，煤岩体的力学性质发生了很大的改变，破坏机理也随之改变，最常见的是煤岩体流变和热损伤问题。
因此碰到了许多与浅部开采不同的工程问题。
随着采深的增加，矿山压力与温度都随之不断增加。
在深部条件下，地温常达到30˚C～50˚C,围压达到很大，工人作业条件差，巷道维护困难，发生冲击矿压的次数与强度将显著增加，但对采场顶板压力大小的影响并不突出。
岩石圈及岩石流变已成为大陆岩石圈研究的前沿和热点之一，受到国内外的科学家的重视。
1、高围压对岩石力学性质的影响在三向压缩条件下，随着围压的增大，岩石的屈服极限强度、强度峰值和残余强度都随之增大。
大部分岩石在一定的临界围压下出现屈服平台呈现塑性流动现象。
因此随着采深的增加，围压变大，煤岩体的极限强度变大，承载能力变强，岩石的韧性加强，使一些在浅部表现为比较坚硬的岩石在深部表现出软岩的大变形、大地压、难维护特征。
深部开采中，在自重应力和构造应力作用下，围压相比浅部高出很多，岩石承载能力和参与强度变大，脆性向延性转化，流变现象明显，破坏机理与浅部有较大区别。
王绳祖等对岩石的脆——韧性及塑性流动网络进行了深入的理论和实验研究。
他指出，随着矿物组成、粒度、流变、压力、应变速率、液体介质因素的变化，岩石有脆性—>半脆性——>半延性——>延性转化,这种变化过程涉及力学行为、宏观结构和微观物理机制，尤其是岩石共轭剪断网络和塑性流动网络的实验成果不仅深化了脆-韧性转化认识，同时为岩层多层模和塑性流动网络关系提供了实验依据。
对辉绿岩、辉长岩和石灰岩的脆-韧性转化，高温高压实验结果与上述结论是一致的。
深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式
深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随着我国煤炭资源的逐渐枯竭，深部开采已成为一种重要的采煤方式。
而原生煤岩组合体在深部开采中的围压卸荷致裂特征及破裂模式是一个重要的研究方向。
本文将针对这一问题展开探讨。
围压卸荷是指在岩石或矿体中施加一定的围压载荷，当载荷被去除或减小时，岩石或矿体将发生裂隙扩展或破坏的现象。
在深部开采过程中，由于采空区的存在以及地表载荷的作用，原生煤岩组合体存在着一定的围压状态。
当深部开采进行时，岩体的围压状态将发生变化，卸荷现象也将随之出现。
围压卸荷过程中，岩体的裂隙扩展与破坏将对采煤工作面的稳定性和安全性产生影响。
深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征主要表现在以下几个方面。
首先是裂隙扩展的特征。
围压卸荷过程中，岩体裂隙将发生扩展，从而导致岩体的破坏。
这种裂隙扩展具有一定的规律性，可以通过实验及数值模拟等手段进行研究。
其次是破裂的模式。
深部开采原生煤岩组合体在围压卸荷过程中可能出现不同的破裂模式，如剪切破裂、张裂等。
不同的破裂模式对采煤工作面的稳定性有着不同的影响，因此研究破裂模式对于提高采煤效率和保障采煤安全具有重要意义。
针对深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式，可以通过一系列实验研究和数值模拟来进行分析。
通过实验可对不同围压状态下的煤岩组合体进行力学性质的测定，从而了解围压卸荷过程中岩体的裂隙扩展特征及破裂模式。
通过数值模拟可以模拟不同围压状态下岩体的变形与破坏过程，进一步深入研究围压卸荷致裂特征及破裂模式。
深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式是一个复杂而重要的问题。
通过深入研究这一问题，可以为深部开采中的安全生产提供理论支撑和技术指导，为煤炭资源的高效开采和利用做出贡献。
【字数达到要求】第二篇示例：一、引言深部开采原生煤岩组合体是一种具有复杂物理力学性质的多相介质，其围压卸荷现象对工程开采产生重要影响。
多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展
多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展煤岩体受到的外部载荷和环境因素的影响十分复杂，常常存在多种场的耦合作用。
多场耦合作用下的煤岩体不仅承受压力、温度等静态载荷的作用，还受到地震波、渗流等动态载荷的影响，这些作用会对煤岩体内部的损伤破坏特性产生显著影响。
首先是压力和温度的耦合作用。
随着深部煤矿开采深度的不断增加，煤岩体承受的地应力和矿山温度也随之增大。
在这种情况下，煤岩体内部会产生裂隙、变形等损伤，从而导致破坏。
一些研究表明，高应力和高温会显著影响煤岩体的破坏特性，使其呈现出更为脆性的特点。
其次是地震波和渗流的耦合作用。
地震波在地下传播时会对煤岩体产生动态载荷，从而引起煤岩体的震动和动态损伤。
地震波会引起周围水文环境的变化，导致地下水流、地表水流等渗流对煤岩体的影响。
这些作用在多场耦合作用下会对煤岩体的损伤破坏特性产生重要影响。
多场耦合作用下煤岩损伤破坏机理分析多场耦合作用下煤岩损伤破坏的机理是一个复杂的过程，不同场的耦合作用会相互影响，从而导致煤岩体内部的损伤破坏。
目前，学者们从微观和宏观两个层面对多场耦合作用下的煤岩损伤破坏机理进行了深入研究。
从微观层面看，多场耦合作用会引起煤岩体内部微结构的变化，从而影响其力学性质。
在高应力和高温条件下，煤岩体内部的微裂隙会逐渐扩展，增加其脆性；而地震波和渗流等动态载荷会对煤岩体的微观结构产生振动和变形，导致微裂隙扩展，从而加剧了煤岩体的损伤破坏。
从宏观层面看，多场耦合作用下的煤岩损伤破坏机理也表现为煤岩体整体力学性质的变化。
煤岩体在不同的场耦合作用下，会表现出不同的强度、变形特征等力学性质。
这些力学性质的变化反映了煤岩损伤破坏的机理，为煤岩损伤破坏特性的研究提供了重要的参考。
煤岩损伤破坏特性研究的发展趋势在多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性的研究中，还存在许多问题有待解决。
未来的研究将呈现以下几个发展趋势。
开展多场耦合作用下煤岩损伤破坏的实验研究。
实验研究是研究多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性的重要手段，可以为理论研究提供实验数据，并验证理论模型的准确性。
《木家庄煤矿深部软岩巷道变形破坏机理及支护研究》
《木家庄煤矿深部软岩巷道变形破坏机理及支护研究》一、引言煤炭是我国主要的能源来源之一，随着浅部煤炭资源的逐渐减少，开采活动已经转向了更深层次的地层。
然而，深部软岩巷道在开采过程中常常面临变形破坏的问题，这不仅影响了矿山的生产安全，也对矿工的生命安全构成了严重威胁。
因此，研究木家庄煤矿深部软岩巷道的变形破坏机理及支护技术，对于保障矿山安全生产具有重要意义。
二、木家庄煤矿概述木家庄煤矿位于我国某地，地质条件复杂。
矿区地层主要由软岩组成，且深度较大。
在开采过程中，深部软岩巷道经常出现变形、破坏等现象，严重影响了矿山的正常生产和矿工的安全。
三、深部软岩巷道变形破坏机理1. 地质因素木家庄煤矿地处地质构造复杂区域，地层中存在大量的断层、节理等结构面，这些结构面在地下工程开挖后易发生应力集中，导致巷道变形破坏。
此外，地层中的含水层、软弱夹层等也对巷道的稳定性产生了不利影响。
2. 采动影响随着煤炭的开采，地下应力重新分布，导致巷道周围岩体的应力状态发生改变。
当巷道周围岩体的应力超过其承载能力时，便会发生变形破坏。
3. 支护措施不当若支护措施设计不合理、施工质量差或支护材料选择不当等，都会导致巷道支护效果不佳，进而引发巷道变形破坏。
四、支护技术研究针对木家庄煤矿深部软岩巷道的变形破坏问题，本文提出以下支护技术措施：1. 合理设计支护方案根据地质条件和巷道实际情况，合理设计支护方案。
在支护方案设计中，应充分考虑巷道周围的应力分布、岩体性质等因素，以确保支护结构能够有效地承受地压和采动影响。
2. 采用合适的支护材料选择合适的支护材料对于提高支护效果具有重要意义。
应根据岩体性质、地压大小等因素，选择具有较高强度和稳定性的支护材料。
同时，应确保支护材料的施工质量，以保证支护结构的整体稳定性。
3. 加强巷道监测与维护在巷道支护过程中，应加强监测与维护工作。
通过安装监测设备，实时监测巷道变形情况，及时发现并处理潜在的安全隐患。
10-2020-0420-陈光波-不同煤岩比例及组合方式组合体力学特性及破坏机制
第3卷第2期 采矿与岩层控制工程学报Vol. 3 No. 2 2021年 5月 JOURNAL OF MINING AND STRATA CONTROL ENGINEERING May2021陈光波，李谭，杨磊，等. 不同煤岩比例及组合方式的组合体力学特性及破坏机制[J].采矿与岩层控制工程学报，2021，3(2)：023522.CHEN Guangbo，LI Tan，YANG Lei，et al. Mechanical properties and failure mechanism of combined bodies with different coal-rock ratios and combinations[J]. Journal of Mining and Strata Control Engineering，2021，3(2)：023522.不同煤岩比例及组合方式的组合体力学特性及破坏机制陈光波1,2，李谭1,2，杨磊3，张国华4，李建伟1，董红娟1(1.内蒙古科技大学 矿业研究院，内蒙古 包头 014010；2.山东科技大学 能源与矿业工程学院，山东 青岛 266590；3.中煤科工开采研究院有限公司，北京 100013；4.黑龙江科技大学 矿业工程学院，黑龙江 哈尔滨 150022)摘 要：为研究不同煤岩比例及组合方式的组合体力学特性和破坏机制，对19种不同煤岩比例和组合方式的二元、三元组合体开展轴向压缩试验，从抗压强度、弹性模量、峰前能量、冲击能量指数等参数入手，分析组合体的力学特性；对构建的煤岩组合体相互作用模型进行理论分析，探究煤岩组合体的失稳破坏机理；从煤岩组合体的不同破坏形态入手，研究组合体破坏过程中的能量传递机制。
研究发现：组合体的抗压强度介于各组分抗压强度之间，且偏向于软弱组分的抗压强度，随着细砂岩比例的增加而增大；组合体的弹性模量随着细砂岩占比的增大而增大，且岩石的弹性模量越大，组合体的弹性模量也越大；有煤组分的组合体的峰前积聚能量较少，细砂岩与粗砂岩构成的组合体的峰前积聚能量较多，组合体的峰前能量随着细砂岩占比的增加而增多；组合体的冲击能量指数与细砂岩比例为线性关系，随着细砂岩占比的增加而增大；细砂岩组分对于组合体的抗压强度、峰前能量、冲击能量指数的影响较大，对组合体的力学特性和冲击效应起决定作用；推导了煤岩组合体的弹性模量计算公式，从理论上揭示了组合体的弹性模量随岩石占比的增加而增加的规律；构建了煤岩组合体的力学模型，分析了组合体的失稳破坏机制。
煤矿深部开采巷道围岩变形破坏特征试验研究及其控制技术
一、深部巷道围岩力学特征
1、高应力环境：在深部巷道中，由于埋深较大，围岩承受的地应力远大于 浅部巷道。高应力环境下，围岩的变形、破裂等可能性增加，对支护结构的要求 也更高。
2、复杂的岩体结构：深部巷道穿越的地质环境复杂多变，会遇到各种不同 特性的岩体。包括硬岩、软岩、断层、节理等，这使得围岩的力学行为更加复杂。
然而，本次演示的研究仅为初步探讨，仍存在不足之处，例如未能全面考虑 复杂的矿山地质条件、未能涵盖所有可能的控制方法等。在今后的研究中，将进 一步完善相关内容，为煤矿安全生产提供更有针对性的指导。
参考内容
引言
随着煤炭资源的不断开采，矿井向深部延伸已成为必然趋势。然而，深部开 采过程中面临着复杂的应力环境和高风险的地质条件，给巷道围岩控制带来巨大 挑战。因此，深入了解深部煤矿应力分布特征和巷道围岩控制技术对于提高矿井 安全性和开采效率具有重要意义。
3、影响因素分析表明，围岩稳定性受多种因素影响，如地层厚度、地层岩 性、采煤机工作参数、巷道断面形状及支护方式等。在采煤工作面及巷道掘进过 程中，应综合考虑各种因素，以制定有效的稳定性控制措施。
4、稳定性控制方法主要包括加强支护设计、优化巷道断面形状、采用高强 度材料等。通过这些措施的实施，可以有效地提高深部巷道围岩的稳定性，降低 围岩变形破坏的风险，提高矿山安全生产水平。
本研究采用数值模拟和物理模拟相结合的方法，对深部巷道围岩变形破坏机 理和稳定性控制原理进行深入研究。首先，利用数值模拟软件对采煤工作面及巷 道围岩的应力分布特征进行模拟分析，并利用物理模拟实验对数值模拟结果的准 确性进行验证。其次，结合现场监测数据，对围岩变形破坏规律进行研究，并分 析影响因素。最后，提出稳定性控制方法，并对控制效果进行验证。
单轴压缩状态下煤岩组合结构破坏失稳的力学特性研究
单轴压缩状态下煤岩组合结构破坏失稳的力学特性研究
梁良;李奥博;李杨杨;姜绪甲;师建斌;王新蓉;关韬;王刚
【期刊名称】《现代矿业》
【年(卷),期】2024(40)2
【摘要】由于煤岩组合材料强度以及组合倾角的不同,其力学性质会发生显著变化。
为了探究煤岩组合破坏失稳的力学特性,通过数值试验的方法,开展了单轴压缩试验。
结果表明:煤岩组合结构破坏失稳特征包含2种:一种是破碎失稳,主要表现为煤、岩体的破碎;另一种是滑移失稳,主要表现为煤、岩体岩结构面的滑移。
煤岩组合结构
强度与组合中强度小的岩性有关,不受高强度岩性影响;煤岩小角度接触面主要发生
破碎失稳,大角度接触面主要发生滑移失稳。
【总页数】5页(P143-147)
【作者】梁良;李奥博;李杨杨;姜绪甲;师建斌;王新蓉;关韬;王刚
【作者单位】山东唐口煤业公司;南阳理工学院土木工程学院;山东科技大学能源与
矿业工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU4
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体三轴压缩力学特性及破坏特征5.煤-岩-锚组合锚固体单轴压缩试验及锚杆力学机制
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组合方式对煤岩组合体力学特性和破坏特征影响的试验研究
组合方式对煤岩组合体力学特性和破坏特征影响的试验研究张泽天;刘建锋;王璐;杨昊天;左建平【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2012(037)010【摘要】为探讨组合方式对煤岩组合体力学特性和破坏特征的影响,利用MTS815岩石力学试验系统,分别对岩-煤-岩（YMY）、岩-煤（YM）及煤-岩（MY）3种组合方式试件进行了单轴压缩和三轴压缩试验研究。
试验结果表明,组合体试件破坏主要集中在其煤体部分,而与组合和加载接触方式无关;煤体部分损伤发展和破坏程度的加剧,在一定程度上会诱导岩体出现损伤和发生破坏。
单轴加载条件下,3种组合方式均表现为以煤体部分拉张破坏为主的破坏特征,YMY组合的平均抗压强度为40.03 MPa,分别是YM和MY组合方式对应平均值的1.80和1.53倍;三轴加载条件下,均表现为以煤体部分剪切破坏为主的破坏特征;随围压压力增加,各组合方式三轴抗压强度平均值逐渐趋近。
【总页数】5页(P1677-1681)【作者】张泽天;刘建锋;王璐;杨昊天;左建平【作者单位】四川大学水利水电学院,四川成都610065;四川大学水利水电学院,四川成都610065;四川大学水利水电学院,四川成都610065;四川大学水利水电学院,四川成都610065;中国矿业大学（北京）煤炭资源与安全开采国家重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD315【相关文献】1.韩城地区煤岩力学特性与破坏特征试验 [J], 段品佳;王芝银2.组合方式对煤岩组合体力学特性和冲击倾向性影响实验研究 [J], 秦忠诚;陈光波;秦琼杰3.不同组合方式煤岩组合体强度及声发射特征分析 [J], 周元超;刘传孝;马德鹏;赵振4.不同煤岩比例及组合方式的组合体力学特性及破坏机制 [J], 陈光波;李谭;杨磊;张国华;李建伟;董红娟5.不同煤岩比例及组合方式的组合体力学特性及破坏机制 [J], 陈光波;李谭;杨磊;张国华;李建伟;董红娟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式
深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随着煤炭资源的逐渐枯竭，深部煤矿开采已成为当前矿业发展的主要趋势之一。
深部开采过程中，原生煤岩组合体围压卸荷致裂问题频发，给矿山生产带来了一定的风险和挑战。
为了有效地预防和控制围压卸荷致裂，需要深入研究其特征及破裂模式。
围压卸荷致裂是指在深部开采中，由于煤层及其围岩物质在地质作用下发生变形而形成的卸荷应力集中区域，在外界荷载作用下可能会引发破裂破坏。
围压卸荷致裂主要包括原生煤岩组合体中的岩层滑移、裂隙扩展、煤岩分层破碎等现象。
其特征主要表现为围压卸荷致裂区域周围的围岩变形加剧，局部破裂带逐渐扩展，岩层间的应力集中明显增大。
围压卸荷致裂的破裂模式主要有三种：拉张破裂、压密破裂和错动破裂。
拉张破裂是指在原生煤岩组合体受到拉伸荷载作用下，形成的断裂带；压密破裂是指在原生煤岩组合体受到压缩荷载作用下，形成的密实破碎带；错动破裂是指在原生煤岩组合体受到剪切荷载作用下，形成的错动破裂带。
不同的破裂模式会对围压卸荷致裂的影响和演化产生不同的影响。
针对围压卸荷致裂特征及破裂模式，需要采取一系列的预防和控制措施。
要加强对矿山围岩稳定性的监测和评价，及时发现围压卸荷致裂迹象，采取相应的加固措施。
要优化煤矿的开采方案，尽量减少围压卸荷致裂的可能性。
要加强技术研究和人员培训，提高矿山作业人员的安全意识和应急处理能力。
深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂是一项复杂而重要的问题。
通过深入研究其特征及破裂模式，并采取相应的预防和控制措施，可以有效减少围压卸荷致裂带来的危害，确保矿山生产的安全和稳定。
希望未来能有更多的研究成果加强对围压卸荷致裂的认识，为矿山安全生产做出积极的贡献。
第二篇示例：概要：深部开采原生煤岩组合体是一种具有复杂构造和力学性质的地质体，其围压卸荷过程中容易发生裂隙扩展和破裂。
本文通过对深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式进行研究，旨在探讨其力学性质和开采安全问题，为地下煤矿开采提供参考。
深部开采岩体力学研究
深部开采岩体力学研究一、本文概述《深部开采岩体力学研究》一文旨在深入探讨和分析深部开采过程中岩体力学的相关理论和实际问题。
随着矿产资源的日益枯竭，深部开采已成为矿业工程领域的重要发展方向。
然而，随着开采深度的增加，岩体的力学行为、稳定性以及开采工艺等方面都面临着一系列新的挑战和难题。
因此，本文旨在通过对深部开采岩体力学的研究，为深部矿产资源的安全、高效开采提供理论支持和技术指导。
本文首先介绍了深部开采岩体力学的研究背景和意义，阐述了深部开采过程中岩体所受到的高地应力、高温、高渗流等复杂环境因素的影响，以及这些因素对岩体稳定性和开采工艺的影响。
接着，文章综述了国内外在深部开采岩体力学领域的研究进展和现状，分析了当前研究中存在的问题和不足。
在此基础上，本文重点研究了深部开采岩体的力学特性、破坏机理和稳定性分析方法。
通过理论分析和实验研究相结合的方法，揭示了深部开采岩体的力学行为规律，提出了相应的破坏判据和稳定性分析方法。
文章还探讨了深部开采过程中的岩石力学与采矿工程的相互作用关系，为优化深部开采工艺和提高开采效率提供了理论依据。
本文总结了深部开采岩体力学研究的主要成果和创新点，指出了未来研究的方向和重点。
通过本文的研究，可以为深部开采的安全、高效进行提供有益的参考和借鉴，推动矿业工程领域的持续发展和进步。
二、深部开采岩体力学基础随着矿业资源的不断开采，深部开采已成为矿业发展的重要趋势。
深部开采岩体力学作为研究深部岩体在采动影响下力学行为及稳定性的科学，对于确保深部矿山的安全生产具有重要意义。
深部开采岩体力学的基础在于对岩体的基本性质、赋存环境以及采动影响下的响应机制进行深入分析。
岩体的基本性质包括其强度、变形特性、节理裂隙发育情况等，这些都是影响深部岩体稳定性的关键因素。
岩体的赋存环境，如地应力场、温度场、渗流场等，也是深部开采岩体力学研究中必须考虑的因素。
这些环境因素对岩体的力学行为有着显著的影响，如高地应力可能导致岩体破裂、高温高压环境可能改变岩体的物理力学性质等。
对于矿山深部开采岩体力学及工程灾害控制研究
对于矿山深部开采岩体力学及工程灾害控制研究摘要：深部采矿岩石力学问题是当前我国有关领域的一个热点问题，关系到国家和民众的生命和财产的安全。
同时，随着我国地下能源开采的深入，其地质条件也越来越复杂，越来越具有特殊性，致使当前的工程灾害十分严峻。
为了进一步深入地开展深部采矿的岩体力学问题，并针对这些问题进行了深入的探讨，以期能够为今后进一步解决这些问题提供参考，从而为祖国的发展做出自己的一份贡献。
关键词：深部；岩体力学；工程灾害一、深部开采岩体力学的特性随着中国地下矿产开采的持续发展，它逐渐与中国的经济联系在一起。
随着国家的发展，我们国家的发展将主要依靠地下能源和矿物的开发，所以我们国家的相关机构也在逐步地开展深度采矿和工程灾难控制，为了加快该领域的进展，需要对深部岩石的基本机械特性进行细致的分析，从而使其得到切实的应用。
1.1深部开采岩体力学的特性研究表明，由于岩石本身的内向变化，地层的温度和压力变化会给岩石带来不同的伤害，而造成这种变化的主要原因就在于岩石本身的内部变化。
尤其是岩石内部的颗粒运动、生长破裂和颗粒之间的断裂与融合，对岩石的变化也有一定的影响。
岩石整体的断裂是因为岩石的内部结构已经消耗了大量的能源，岩石的断裂是因为岩石的内部构造已经消耗了大量的能源。
因此，它的物理性质就是：岩石的开裂是因为岩石的热量被消耗到了某种地步。
结果表明，在压力和湿度共同作用下，岩石的应力－应变关系存在差异，0.3%以下岩石具有弹力，大于0.3%时岩石具有弹性特征。
同时，在对岩体进行升温的情况下，不会发生明显的热烈现象，但在降低温度的情况下，岩体本身就会开裂；这是由于在冷却过程中，局部的岩石内部结构颗粒的特性发生了不均匀的改变，导致了岩石的非均质性。
1.2深部巷道围岩峰后破裂变化与失稳措施研究在岩石的挤压和变形中，有一个重要的因素就是岩石断裂的可玩性，通过对岩石断裂和岩石的破坏和变形是相互影响的，从而可以确定松软塑性岩石的延展特征。
三轴试验下煤岩体破坏机制与力学特性分析
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科 技 论 坛
三 轴试验 下煤岩 体破坏机制 与力学特性 分析
崔 雷
（ 阜新高等专科 学校， 辽宁 阜新 １ ２ ３ ０ ０ ０ ） 摘 要： 为探 究三轴应力环境 下神 东矿 区煤样的 力学特性及破 坏模 式， 设置 围压梯 度为 ０ ． ２ 、 ０ ． ４ 、 ０ ． ８ 、 １ ． １ 、 ２ ． ０和 ３ ． Ｏ ＭＰ ａ ， 采用电 一液 伺服试验 系统 开展 室 内三轴试验 ； 通过 试验数据拟合分析 ， 建立峰 值抗压强度 、 弹性模量 与围压关 系表达式 ； 基 于煤样试件破 坏特 征 ， 讨 论施加 围压大小对煤样试件不 同破 坏模 式的影 响。研 究结果表 明： （ １ ） 峰值抗压强度和弹性模 量随围压增 大呈递增趋势 ； 且峰值 抗压强度 和弹性模量 的增 幅随围压增大呈现 出先增 大后减 小的变化规律 ； （ ２ ） 峰 值抗压 强度 与围压呈对数 函数 分布规律 ； 而弹性模 量随 围压增 大 呈指数函数形式递增。 （ ３ ） 随着围压增 大， 煤样破 坏形式可能表现 为拉伸 一拉 剪（ 拉伸主导 ） 一拉剪（ 剪切 主导 ） 一剪切 的破坏模式 。 该研 究 结果能够为今 后神 东矿 区煤炭深部开采设计提供有效的 实验参数。 关键 词 ： 三轴试验 ； 煤样 ； 弹性模量 ； 定量表征 ； 破坏模 式 二十世纪五十年代 以来， 我国就开始研究和应用的六型水体下采煤 １ ． ２ ． ３ 上述准备工作完成后， 将带有引伸计的试件置于三轴试验机的 直是我国特殊开采的薄“ 三下” 采煤技术建 筑物下、 水体下 、 铁弱环节， 压力室 ， 放置平稳后向压力室内注油， 直至油液达到预定的位置为止 ， 然 缺乏典型经验它的开采成功＇ 为路下） 。 ３ ０ 多年来， 已从“ 三下” 采出煤炭我 后用螺旋 压 帽组 件封 闭压 力室 。 国类似条件 的大型水体下采煤提供了借 ６亿多吨， 近几年来每年从“ 三 ２试验 结果分 析 下” 采出约鉴。 ３ ０ ０ ０万吨。 通过长期的研究和实践， 我、 国的乐安江下开采 ２１ 常规三轴试验结果 试验结束后对所得数据进行统计。 为避免离散数据对试验结果的影 研究工作， 在开采技术 、 特殊采煤技术得到迅速发展和提高。例如安全措 施和观澳 ０ 手段等方面具有以下特点： １ ９ ８ １ 年淮南矿区成功的进行了淮河 响，对每组围压条件下得到的峰值强度和弹陛模量进行取平均值处理。 及淮堤下 ， 根据历年来乐安江河床两侧的开采开采， 成功的开采 了急倾 以编号为 Ｃ 一 １ 的煤样试件为例进行说明， ｃ为煤样（ ｃ ｏ ａ １ ） 的简称， １ 对应 斜立井煤柱； １ ９ ８ ４实践， 通过预计， 确定 回采上限以上保留 ８ ７年乐乎矿 的围压为 ０ ． ２ Ｍ Ｐ ａ 。由分析可知， 随着围压逐渐增大 ， 煤样试件 的峰值抗 区在无弟四纪隔水层大型水体下采米煤岩柱， 保持 ２ １ ． ７ 倍的深厚化采 取 压强度和弹性模量整体呈增大趋势 。当围压从 ０ ． ４ ＭＰ ａ 增大到 ０ ． ８ ＭＰ ａ 先采 煤；丰城矿 区开 采反斜 井井筒 煤柱 以及 １ ９ ８ ２上层 后采 下层 的 回采 时 ，峰值 强度 和弹性模量 的增 幅分 别为 ２ ６ ． ８ ％和 ２ ９ ． ８ ％；而 围压从 顺序， 两层开采间隔一年湖南资兴矿在大型俱乐部下开采获得成功 以年 ０ ． ８ ＭＰ ａ 增至 １ ． ２ Ｍ Ｐ ａ 后， 对应 增 幅分别 为 ３ ５ ． ４ ％和 １ ； 围压从 ２ ． Ｏ ＭＰ ａ 左 右。 增加到 ３ ． ０ ＭＰ ａ 后发现 ，峰值强度和 漠量的增幅仅为 １ ５ ． ２ ％和 ４ ％。 据不完全统｛ 十， 目前我国“ 三下一上” 压煤量高达 １ ３ ２ 亿ｔ ， 其中村庄 由此可知 ， 增 幅 随围压增 大呈现 出先增 大后 减小 的变化 规律 。这 说 明同 下压煤量达到 ５ ２ ． ２ １ 亿ｔ 。村庄下压煤几乎遍及各个矿区， 占到矿井储量 压仅能在很小的范围内对试件峰值抗压强度和抗压强度起到显著强化 的１ ０ ％一 ３ ０ 】 。这不仅损失了宝贵的煤炭资源 ， 同时还影响矿山生产的 作用。 合理布局。 因此， 制定相应合理的开采技术 ， 对于解决当前村庄下压煤开 ２ ． ２ 峰值强度与围压关系定量表征 采具 有重要 意 义 。 为探究三轴压缩条件下煤样试件的峰值强度与围压的定量关系 ， 采 掌握煤岩体的力学参数是设计安全高效采煤技术 的重要前提 。因 用 线性 、 对数、 指数 和多项式 函数 进行拟 合 。 此， 国内外就煤岩体进行了大量的研究 ， 研究手段主要有室内试验 、 数值 分析可知 ， 线性 、 指数 、 对数和幂 函数拟合程度都达到 ０ ． ９以上 。其 模拟和理论预测等Ｐ 。 郭擎等探索了煤岩全应力应变过程中体应变对渗 中， 对数函数拟合结果为最高 ， 达到 ０ ． ９ ８ ６ 。 因此 ， 认为对数函数更能够表 透率的影响机制 ，发现在整ｄ ＇ － ￣ Ｊ ｎ 载过程中渗透率与体应变变化关系密 征峰值抗压强度和轴向应变的定量关系。 切； 刘玉冰等考虑厚度效应对含瓦斯复合煤岩力学特 『 生的影响， 开展了 ２ ３ 弹陆漠量与围压关系定量表征 三轴压缩试验 ， 认为当厚度 比接近 １ ： １ 时， 易出现峰直 变； 滕腾等 为探究弹性模量与围压的定量关系， 采用类似的拟合方法 ， 计算其 从能量角度 出发 ， 推导了恒定围压下含瓦斯煤样压缩变形 的能量汁算公 复相关系数 Ｒ ｚ 观察发现 ， ｊ 争 性模量随轴向应变增大呈增大趋势。线 胜、
多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展
多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究进展随着煤炭资源的不断开采和利用，煤与岩石之间的相互作用变得越来越重要。
研究表明，在深部煤矿开采过程中，煤与围岩之间的相互作用会导致煤岩体损伤破坏，进而引发许多地质灾害，如煤与瓦斯突出、岩层动压等。
研究多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性，对于安全高效地开展煤矿开采具有重要意义。
本文将对多场耦合作用下煤岩损伤破坏特性研究的进展进行综述，以期为相关研究提供参考。
1. 煤岩损伤破坏的基本特性煤岩体是一个具有复杂结构和多孔隙介质的岩石体，其破坏过程受到多种因素的影响。
在开采过程中，受到地质应力、温度、湿度、瓦斯、水文地质等多种场耦合作用的影响，煤岩体会发生不同程度的损伤和破坏。
研究多场耦合作用下煤岩损伤破坏的特性成为当前研究的热点问题。
为了深入了解多场耦合作用下煤岩损伤破坏的特性，许多学者进行了大量的实验研究。
他们通过模拟地下工程条件，进行了岩石试样的强度、变形、渗透性等方面的实验研究，以揭示多场耦合作用对煤岩损伤破坏的影响规律。
这些研究为煤岩损伤破坏特性的定量分析奠定了实验基础。
4. 煤岩损伤破坏机理的理论研究在多场耦合作用下，煤岩体内部的损伤破坏过程涉及多种物理化学机制。
许多学者进行了数学物理模型的建立与理论研究，以揭示多场耦合作用对煤岩损伤破坏的机理。
他们建立了包括裂隙扩展、应力分布、孔隙压缩等在内的理论模型，为煤岩损伤破坏机理的深入研究提供了理论基础。
二、多场耦合作用下煤岩损伤破坏的影响因素1. 地质应力场的影响地质应力场是煤岩体损伤破坏的主要外部因素之一，它直接影响煤岩体内部的应力分布和变形状态。
地质应力场的变化会导致煤岩体内部存在不同形式的应力集中，进而导致煤岩体的损伤和破坏。
2. 温湿度场的影响温湿度场作为地下工程中常见的影响因素，对煤岩体的损伤破坏有着重要的影响。
温湿度场的变化会导致煤岩体内部孔隙水的渗透和膨胀，从而引发煤岩体的内部损伤和破坏。
研究表明，对地质应力场进行有效的监测与控制，可以有效地减缓煤岩体的损伤破坏。
深部矿井煤岩体力学特性及岩层控制技术
深部矿井煤岩体力学特性及岩层控制技术
深部矿井煤岩体力学特性是指在深部矿井中，煤岩体在地质条件和采动工艺的共同作用下所表现出的物理力学性质。
它包括煤岩体的强度、应力分布、变形特性等方面的特点。
煤岩体在采煤过程中，会受到应力的作用，产生应力集中、断裂破裂、变形增大等现象，从而影响井下安全生产和矿井设备的寿命。
岩层控制技术是指针对深部矿井中煤岩体的力学特性，采用一系列的控制措施，以减小地表和井下的振动、沉降、岩爆等岩层变形破坏问题，确保矿井的安全稳定运行。
岩层控制技术包括合理的采煤方法、巷道支护工艺、顶板管理、注浆加固等方面的技术手段。
这些技术手段旨在降低煤岩体变形和应力集中，保障矿井工作面和巷道的稳定性，减少煤与瓦斯等灾害的发生。
同时，岩层控制技术还可以提高采煤效率，减少能源消耗，实现绿色矿井的建设。
深部岩体力学研究与探索
深部岩体力学研究与探索一、本文概述《深部岩体力学研究与探索》一文旨在深入剖析和探讨深部岩体力学领域的最新研究进展与探索方向。
随着地下工程的不断深入，深部岩体力学问题日益凸显，成为制约地下工程安全、高效发展的重要因素。
本文首先对深部岩体力学的基本概念、研究意义以及国内外研究现状进行简要概述，为后续研究提供理论基础和背景支撑。
在概述过程中，本文将重点介绍深部岩体力学的研究内容、方法和技术手段，包括深部岩体的力学特性、本构关系、变形破坏机理、稳定性分析等方面。
还将探讨深部岩体力学在地下工程中的应用，如隧道、矿井、水电站等地下结构的设计、施工和运营过程中的力学问题。
本文还将关注深部岩体力学领域的前沿研究动态和发展趋势，分析当前研究中存在的问题和挑战，并提出相应的解决策略和发展建议。
通过本文的阐述，旨在为深部岩体力学领域的研究者和实践者提供全面的研究视角和深入的探索思路，推动深部岩体力学研究的不断发展，为地下工程的安全、高效发展提供有力支撑。
二、深部岩体的基本特性随着开采深度的不断增加，深部岩体的力学特性相较于浅部发生了显著的变化。
这些变化不仅体现在岩体的物理性质上，更体现在其力学行为和响应机制上。
随着深度的增加，岩体的应力状态发生了显著的变化。
由于上覆岩层的重量增加，岩体的初始应力状态逐渐由低应力状态转变为高应力状态。
这种高应力状态使得岩体的力学行为更加复杂，变形和破坏的模式也随之发生变化。
深部岩体的温度环境也发生了变化。
随着深度的增加，地温逐渐升高，这使得岩体的物理性质如弹性模量、泊松比等发生变化。
同时，高温环境还可能导致岩体的热损伤和热软化，进一步影响岩体的力学行为。
深部岩体的赋存环境也更为复杂。
由于地质构造、地下水活动等因素的影响，深部岩体往往存在大量的节理、裂隙等不连续面。
这些不连续面的存在不仅降低了岩体的整体强度，还使得岩体的变形和破坏模式更加复杂。
因此，深部岩体的基本特性与浅部相比有着显著的不同。
11_岩石力学与工程学报-深部煤岩单体及组合体的破坏机制与力学特性研究
第30卷第1期岩石力学与工程学报V ol.30 No.1 2011年1月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan.，2011深部煤岩单体及组合体的破坏机制与力学特性研究左建平1，2，谢和平2，3，吴爱民1，刘建锋3(1. 中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083；2. 中国矿业大学岩石力学与分形研究所，北京 100083；3. 四川大学水利水电学院，四川成都 610065)摘要：采用MTS815试验机对钱家营岩样、煤样和煤岩组合体进行单轴和三轴压缩试验，获得不同应力条件下煤岩单体及组合体的破坏模式和力学行为，并比较异同。
单轴条件下钱家营砂岩的破坏以剪切、劈裂及混合破坏模式为主，并且砂岩的峰值强度、弹性模量和波速近似成正比关系；在一定条件下砂岩能产生II类曲线，但需采用环向位移控制加载，且砂岩需具有高强度和低非均质度，但煤和煤岩组合体几乎不发生II类曲线破坏。
单轴条件下煤样以劈裂破坏机制为主，但煤样的峰值强度与弹性模量、波速的关系基本不明显。
对于不同围压下煤岩组合体的破坏主要发生在煤体内部：单轴条件下煤岩组合体的破坏以劈裂破坏为主，而煤体内部发生的破坏由于裂纹的高速扩展有可能贯通到岩石中去，从而导致岩石的破坏，并且煤岩组合体破坏后几乎完全丧失承载能力；而三轴试验中，煤岩组合体的破坏以剪切破坏为主，但破坏后还有残余强度。
随着围压升高煤岩组合体弹性模量总体趋势是初始缓慢增加，当围压超过15 MPa后弹性模量迅速增加；组合体的峰值强度与围压基本成线性关系。
关键词：岩石力学；围压；煤岩组合体；破坏模式；II类曲线；残余强度中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2011)01–0084–09INVESTIGATION ON FAILURE MECHANISMS AND MECHANICAL BEHA VIORS OF DEEP COAL-ROCK SINGLE BODY AND COMBINEDBODYZUO Jianping1，2，XIE Heping2，3，WU Aimin1，LIU Jianfeng3(1. State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining，China University of Mining and Technology，Beijing100083，China；2. Institute of Rock Mechanics and Fractals，China University of Mining and Technology，Beijing100083，China；3. College of WaterResource and Hydropower，Sichuan University，Chengdu，Sichuan610065，China)Abstract：Testing system MTS 815 is used to carry out uniaxial and triaxial compression tests for Qianjiaying rock，coal and coal-rock combined body，and their mechanical behaviors and failure modes under different stresses conditions are obtained correspondingly. The similarities and differences between them are analyzed in detail. The shear failure，splitting failure and mixed failure are the main failure modes for Qianjiaying sandstone under uniaxial condition. In addition，the peak strength and modulus of sandstone are similar proportional relationship with wave velocity. Under a certain conditions，such as the circumferential displacement control loading，high strength and low non-homogeneity of rock，type II failure curve of rock can be obtained. However，type II failure can not take place in coal or coal-rock combined body. Under uniaxial compression condition，splitting failure is the main failure mechanism for coal sample. However，the relationship between the peak strength，elastic modulus and wave velocity is not obvious. Under different confining pressures，the failure of coal-rock combined body mainly occurs in coal body. Under uniaxial condition，the failure mechanism of coal-rock combined body is mainly splitting failure. In addition，the high velocity crack propagation in coal body can induce the damage of rock；and收稿日期：2010–07–19；修回日期：2010–11–30基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)项目(2010CB732002，2011CB201201)；高等学校全国优秀博士学位论文作者专项资金联合资助项目(201030)作者简介：左建平(1978–)，男，博士，1999年毕业于中南大学机车车辆工程专业，现任副教授，主要从事岩石力学、损伤、断裂及数值计算等方面的教学与研究工作。
深部开采岩体力学研究及其进展资料
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 引言 国内外研究现状 深部开采与浅部的区别 深部开采工程岩体力学特性 深部开采工程灾害表现形式 深部开采六个矿井转型 深部开采十大理论问题 结语
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引言
我国已探明的煤炭资源量占世界总量的 11.1% 石油和天然气仅占总量的2.4%和1.2% 我国的煤炭资源埋深在1 000m以下的为 2.95万亿吨，占煤炭资源总量的53% 我国煤矿开采深度以每年8～12 m的速 度增加，东部矿井正以每10年100～250 m的 速度发展。
1
引言
国外矿产资源的开采已进入深部开采 阶段。据不完全统计，国外开采超千米深 的金属矿山有80多座，其中最多为南非。 南非绝大多数金矿的开采深度大都在 1 000 m以下。其中，Anglogold有限公司 的西部深井金矿达3700m，West Driefovten金矿矿体赋存于地下600 m，并 一直延伸至6 000 m以下。 印度的Kolar金矿区，己有三座金矿 采深超2 400 m，其中钱皮恩里夫金矿共开 拓112个阶段，总深3 260 m。
（1）深部岩体的脆–延转化 岩石脆–延转化临界条件的诸多成果 还来自于地壳岩石圈动力学中，普遍认 为，随着深度的增加当岩层中压力和温 度达到一定条件时，岩石即发生脆–延转 化，所以存在转化深度的概念，当然该 深度还与岩石性质有关。研究认为当摩 擦强度与蠕变强度相等时岩石即进入延 性变形状态。研究给出了地球岩石圈各 种强度的推测曲线，还发现在脆性向延 性转换深度上存在着很高的应力释放。
2
国内外研究现状
近些年来，随着我国国民经济和科 学技术的发展，复杂地质条件下一些长 深铁路、公路隧道的修建，深部开采事 故的预防应用和发展了许多先进的科学 技术和理论，在软岩支护、岩爆防治、 超前探测、信息化施工等方面，隧道工 程部门、中国矿业大学、中南大学、东 北大学、重庆大学、同济大学、西南交 通大学等进行了大量的研究和实践，积 累了丰富的实践经验，具有开展相关研 究的基础与条件。
《木家庄煤矿深部软岩巷道变形破坏机理及支护研究》
《木家庄煤矿深部软岩巷道变形破坏机理及支护研究》篇一木山庄煤矿深部软岩巷道变形破坏机理及支护研究一、引言随着煤炭资源的开采深度不断增加，深部软岩巷道在煤矿生产中扮演着越来越重要的角色。
然而，由于地质条件复杂，深部软岩巷道常常面临着变形和破坏的问题，给煤矿的安全生产和高效运营带来严重威胁。
因此，对木山庄煤矿深部软岩巷道变形破坏机理及支护技术进行研究，对于保障煤矿安全生产和提高生产效率具有重要意义。
二、木山庄煤矿概况木山庄煤矿位于我国某地，地质条件复杂。
其中，深部软岩巷道广泛分布，且其围岩稳定性差，容易发生变形和破坏。
针对该地区的煤矿生产特点，本文对深部软岩巷道的变形破坏机理及支护技术进行了深入研究。
三、深部软岩巷道变形破坏机理（一）地质因素木山庄煤矿深部软岩巷道的地质条件复杂，主要表现为围岩强度低、节理发育、地下水丰富等。
这些地质因素导致巷道在开采过程中容易发生变形和破坏。
（二）采动影响随着煤炭的开采，矿山压力逐渐增大，对围岩稳定性产生不良影响。
尤其是在深部软岩巷道中，采动影响更为显著，容易导致巷道变形和破坏。
（三）支护方式不当支护方式的选择和施工质量对巷道稳定性具有重要影响。
如果支护方式不当或施工质量不达标，将导致巷道变形和破坏。
四、支护技术研究针对木山庄煤矿深部软岩巷道的变形破坏问题，本文提出以下支护技术措施：（一）优化支护设计根据地质条件和采动影响等因素，优化支护设计。
选择合适的支护材料和支护方式，确保支护结构的稳定性和可靠性。
（二）加强支护施工质量管理提高支护施工人员的技能水平，加强施工过程的质量控制，确保支护施工质量符合要求。
（三）采用新型支护技术推广应用新型支护技术，如注浆加固、锚杆支护、复合支护等。
这些技术可以有效地提高围岩的稳定性和承载能力，减少巷道变形和破坏的发生。
五、案例分析以木山庄煤矿某深部软岩巷道为例，采用上述支护技术措施进行实践应用。
通过优化支护设计、加强施工质量管理和采用新型支护技术等措施，有效地控制了巷道的变形和破坏，提高了围岩的稳定性和承载能力。
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Abstract：Testing system MTS 815 is used to carry out uniaxial and triaxial compression tests for Qianjiaying rock， coal and coal-rock combined body， and their mechanical behaviors and failure modes under different stresses conditions are obtained correspondingly. The similarities and differences between them are analyzed in detail. The shear failure，splitting failure and mixed failure are the main failure modes for Qianjiaying sandstone under uniaxial condition. In addition，the peak strength and modulus of sandstone are similar proportional relationship with wave velocity. Under a certain conditions，such as the circumferential displacement control loading，high strength and low non-homogeneity of rock，type II failure curve of rock can be obtained. However，type II failure can not take place in coal or coal-rock combined body. Under uniaxial compression condition，splitting failure is the main failure mechanism for coal sample. However， the relationship between the peak strength， elastic modulus and wave velocity is not obvious. Under different confining pressures，the failure of coal-rock combined body mainly occurs in coal body. Under uniaxial condition， the failure mechanism of coal-rock combined body is mainly splitting failure. In addition，the high velocity crack propagation in coal body can induce the damage of rock；and
1
引
言
的物理力学性状及其在地球物理学中的应用做了细 致的分析和讨论。 到目前为止有关煤岩组合体的宏细观破坏研究 还不完全成熟。林 鹏等[14]利用两体模型，分析了 两岩体相互作用系统的失稳过程，并解释了变形局 部化、弹性回弹等现象。谢和平等[15
，16]
煤炭是我国的主体能源。随着浅部资源的开采 枯竭，煤矿开采正逐渐向深部转移，但伴随而来的 是诸多矿山灾害问题[1
， ，
(1. State Key Laboratory of Coal Resources and Safe Mining，China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China； 2. Institute of Rock Mechanics and Fractals，China University of Mining and Technology，Beijing 100083，China；3. College of Water Resource and Hydropower，Sichuan University，Chengdu，Sichuan 610065，China)
第 30 卷
第1期
左建平，等. 深部煤岩单体及组合体的破坏机制与力学特性研究
• 85 •
the cracks in coal can extend to the rock. All of these can lead to the failure and loss of bearing capacity of coal-rock combined body. However，under triaxial compression condition，the failure mechanism of combined body is mainly shear failure；and the combined body after failure have residual strength. With the increase in confining pressure，the elastic modulus of Qianjiaying combined body increases slowly at the beginning and then increases quickly when the confining pressure is larger than 15 MPa. The peak strength of combined body is approximately linear with the confining pressure. Key words：rock mechanics；confining pressure；coal-rock combined body；failure mode；type II failure curve； residual strength 应力对岩石破坏模式的影响；而陈 颙等[13]对岩石
～ 5]
。本文的深部范围不涉及
深部地球物理学的领域，是个相对概念，只局限于 煤炭资源开采范围。煤矿工程中，当巷道和工作面 围岩出现大变形、巷道变形剧烈、底鼓严重等现象 时，就可认为该深度的煤炭开采进入“深部开采” 。 一些煤矿甚至为了简便起见，认为500～600 m以下 的埋深就算深部。影响煤矿灾害的因素很多，如煤 田地质构造、煤层顶底板岩性的组合及空间变化、 煤层厚度及其变化、 矿井水文地质及瓦斯情况等[6 质体组成的力学系统整体灾变失稳的结果
，
但大量事故仍然表明，这些灾害大多是若干工程地 。在 浅部环境下，煤岩体的破坏主要受其自身裂隙结构 面的控制；而在大深度条件下，煤岩体的破坏不仅 受自身裂隙结构面的影响，更重要的是受到煤岩组 合体整体结构的影响，再加上深部高应力环境，很 多矿山灾害表现出煤岩整体破坏失稳现象。开滦钱 家营矿目前主采煤层7 煤层埋深－850 m，该工作面 周边的一些巷道近期表现出围岩大变形、巷道底鼓 严重、两帮煤体收缩量大等问题，并表现出煤岩整 体变形特征。因此，研究煤岩组合体的宏细观变形 破损机制及力学特性对于预防矿井灾害和保障煤矿 安全开采具有十分重要的意义。 深部煤矿灾害实质上就是工程地质强烈扰动下 “煤体–岩体”组合体系统发生整体破坏失稳的结 果。国内外学者单纯就岩体或煤体的破坏进行了诸 多研究，M. S. Paterson等[10
， ，
(1. 中国矿业大学 煤炭资源与安全开采国家重点实验室，北京 100083； 2. 中国矿业大学 岩石力学与分形研究所，北京 100083；3. 四川大学 水利水电学院，四川 成都 610065)
摘要：采用 MTS815 试验机对钱家营岩样、煤样和煤岩组合体进行单轴和三轴压缩试验，获得不同应力条件下煤 岩单体及组合体的破坏模式和力学行为，并比较异同。单轴条件下钱家营砂岩的破坏以剪切、劈裂及混合破坏模 式为主，并且砂岩的峰值强度、弹性模量和波速近似成正比关系；在一定条件下砂岩能产生 II 类曲线，但需采用 环向位移控制加载，且砂岩需具有高强度和低非均质度，但煤和煤岩组合体几乎不发生 II 类曲线破坏。单轴条件 下煤样以劈裂破坏机制为主，但煤样的峰值强度与弹性模量、波速的关系基本不明显。对于不同围压下煤岩组合 体的破坏主要发生在煤体内部：单轴条件下煤岩组合体的破坏以劈裂破坏为主，而煤体内部发生的破坏由于裂纹 的高速扩展有可能贯通到岩石中去，从而导致岩石的破坏，并且煤岩组合体破坏后几乎完全丧失承载能力；而三 轴试验中，煤岩组合体的破坏以剪切破坏为主，但破坏后还有残余强度。随着围压升高煤岩组合体弹性模量总体 趋势是初始缓慢增加，当围压超过 15 MPa 后弹性模量迅速增加；组合体的峰值强度与围压基本成线性关系。 关键词：岩石力学；围压；煤岩组合体；破坏模式；II 类曲线；残余强度 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2011)01–0084–09
[8，9]
，7]
基于工程体
和地质体的相互作用提出了两体力学模型，并就混 凝土坝体和岩石坝基两体相互作用的破坏机制进行 了初步探讨。窦林名等[17]研究坚硬顶板–煤体–底 板所构成的组合煤岩变形破裂电磁辐射规律，并由 此来对冲击矿压的危险性进行评价和预测预报。齐 庆新 [18] 通过组合煤岩试验研究指出组合煤岩试块 与单一煤岩试块的应力–应变关系具有明显的差 异，如变形减小、破坏剧烈和弹性特征更显著等。 李纪青等 [19] 研究了单一煤模型及煤岩组合体模型 的冲击倾向性，得出了煤岩组合模型的冲击倾向性 指标均高于单一煤模型，并建议采用组合模型来评 价煤岩冲击倾向性。刘 波等[20]通过单轴试验研究 了不同高度比的煤岩组合体的力学性质与动态破坏 特性。 总之，国内外学者对煤体或岩体单体破坏做了 很多研究，对于煤岩体组合体的研究主要集中在单 轴试验研究，而对于考虑不同围压条件下煤岩组合 体的变形破坏还鲜见报道。本文通过采用MTS815 试验机进行大量的试验，旨在研究不同应力条件下 岩体、煤体及煤岩组合体的破坏机制与力学行为的 差异，从而更好地为预防深部矿山工程灾害和保障 矿井安全开采提供理论和实践指导。